基于Vue+Flask的圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化與預(yù)警軟件的設(shè)計(jì)

蘇州市吳江區(qū)融媒體中心 沃葉紅

吳江區(qū)融媒體中心于2021年底完成了單獨(dú)饋電四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)的施工改造，通過對(duì)原有設(shè)備的升級(jí)，大幅提升了廣播信號(hào)的覆蓋質(zhì)量，然而在后續(xù)的使用過程中，需要對(duì)圓極化天線運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，因此本文基于Vue+Flask技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析、可視化以及數(shù)據(jù)預(yù)警全流程的軟件系統(tǒng)。這套軟件可以對(duì)圓極化天饋系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行有效管控，并且對(duì)異常情況進(jìn)行提示預(yù)警。

融媒體中心現(xiàn)有鐵塔建于1992年，總高168m，調(diào)頻天線設(shè)計(jì)的安裝位置位于110～139m平臺(tái)間。通過相關(guān)論證，從極化方式入手，將原來的側(cè)裝單偶垂直極化改造為板狀四偶圓極化天線，提高了抗多徑傳播的能力，對(duì)接收立體聲廣播十分有利[1]。

數(shù)據(jù)可視化借助圖像能夠有效傳達(dá)信息，通過可視化圖形將系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)及時(shí)展現(xiàn)[2]，圓極化天線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化不僅能夠了解天線運(yùn)行狀態(tài)，也能起到故障預(yù)警的作用。

在線實(shí)時(shí)融冰技術(shù)，將可以有效防止輸電線路覆冰災(zāi)害，減少輸電線路覆冰承載參數(shù)，降低輸電線路設(shè)計(jì)成本。文獻(xiàn)[7]提出一種自融冰導(dǎo)線設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)了自融冰設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)輸電線路實(shí)時(shí)在線融冰提供了新思路和新方法。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 單獨(dú)饋電四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)

本中心目前使用的圓極化天饋系統(tǒng)為調(diào)頻圓極化天線，可以同時(shí)發(fā)射水平和垂直兩種方式上的圓極波分量，對(duì)比原有單一的水平或者垂直方向上的圓極化天線，在接收效果方面得到了顯著的提升，同時(shí)，這種發(fā)射方式也具備了較高的多徑抗傳播干擾能力，具備有效減少多徑衰減能力，可以有效提升城區(qū)內(nèi)收聽效果。本中心的天饋系統(tǒng)針對(duì)本區(qū)域內(nèi)的地理特點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，共分為8個(gè)層面，其中面向西面太湖方面為4層，其他三個(gè)方向?yàn)?層，每塊電板上的4個(gè)振子都是單獨(dú)饋電，因此又名單獨(dú)饋電方式的新型四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)電板既有高功率容量和極低VSWR等特點(diǎn)，又能滿足全頻段功率要求。

1.2 前端技術(shù)

前端技術(shù)采用國(guó)內(nèi)比較流行的Vue.js搭建，Vue.js是一種漸進(jìn)式的JavaScript框架，具有簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，同時(shí)也有比較完整的生態(tài)可以快速的搭建出穩(wěn)定可靠的前端應(yīng)用。在UI框架方面，選擇國(guó)外當(dāng)前比較流行的基于Material Design風(fēng)格的Vuetify框架，其作為一個(gè)開源項(xiàng)目廣泛使用在各大公司的應(yīng)用中。由于需要使用到可視化的技術(shù)，因此可以引入Apache ECharts和百度地圖相關(guān)的技術(shù)，利用ECharts庫(kù)可以快速開發(fā)各種可視化圖形，例如折線圖、柱狀圖、餅圖等，利用百度地圖的可視化功能，可以開發(fā)結(jié)合地圖定位的熱力圖等相關(guān)的功能。

1.3 后端技術(shù)

（2）可視化與數(shù)據(jù)分析模塊。路測(cè)我們采用S7000廣播電視信號(hào)頻譜分析儀來獲取，如圖3所示，該設(shè)備不僅帶有GPS定位的功能，還能夠進(jìn)行模擬調(diào)頻廣播頻道的測(cè)量，路測(cè)采集到的數(shù)據(jù)記錄下來之后，通過數(shù)據(jù)表格的方式在統(tǒng)一的地方進(jìn)行上傳，數(shù)據(jù)采集模塊定時(shí)對(duì)指定目錄下的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行提取和轉(zhuǎn)存。

2 系統(tǒng)需求

2.1 數(shù)據(jù)采集

本文通過對(duì)本中心建設(shè)的新型四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析可視化相關(guān)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)了基于Vue+Flask的圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化與預(yù)警軟件，并且完成了數(shù)據(jù)采集、可視化分析模塊和預(yù)警模塊。其中，可視化與數(shù)據(jù)分析模塊支持對(duì)采集到的各類圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和分析，利用高度集成的可視化大屏效果呈現(xiàn)直觀的運(yùn)行狀況概覽，為后期的運(yùn)維提供有效的決策輔助；通過預(yù)警功能可以幫助維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障，進(jìn)一步提高發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提升用戶服務(wù)質(zhì)量。

圖1 部分場(chǎng)強(qiáng)熱力圖Fig.1 Partial field strength heat map

表1 部分場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Part of field intensity measured data

2016年和2017年水稻季各處理平均滲漏量分別為220.3 mm和169.7 mm，2016年水稻季比2017年多50.6 mm。一是因?yàn)榻涤贻^多，田面水層長(zhǎng)時(shí)間維持在較高水平，下滲速率較大；二是經(jīng)過2016年水稻季的種植，2017年水稻季試驗(yàn)小區(qū)耕作層的致密性較2016年好，下滲速率減弱。從不同灌溉模式來看，W1模式的滲漏量明顯小于W0模式，特別是降雨較少的2017年水稻季。在田間沒有水層或土壤含水率較低的情況下滲漏量明顯減少。

2.2 數(shù)據(jù)可視化

吳江作為長(zhǎng)三角一體化示范區(qū)的發(fā)展地位決定了吳江區(qū)融媒體中心圓極化天線及其數(shù)據(jù)可視化軟件系統(tǒng)作為研究對(duì)象的樣本價(jià)值，也能進(jìn)一步豐富縣級(jí)融媒體相關(guān)理論與實(shí)踐研究。

姓李的老天爺撒手不管了，這可如何是好？天上的神仙可犯難了，最后大家一商量，到人間再去找一個(gè)老天爺。這個(gè)老天爺啊，一定要心地善良，做事公道、脾氣又好，才能勝任。

通過數(shù)據(jù)的采集和可視化，可以彌補(bǔ)原有的設(shè)備只能在開關(guān)板界面液晶屏上展示實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的不足，在后期運(yùn)維過程中，可以更加準(zhǔn)確的了解設(shè)備運(yùn)行的綜合情況，從而穩(wěn)定改善廣播收聽質(zhì)量。

2.3 預(yù)警監(jiān)控

設(shè)備建成之后的運(yùn)維期，需要對(duì)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的監(jiān)控，因此開發(fā)預(yù)警監(jiān)控的軟件功能會(huì)有針對(duì)VSWR和高低功率的預(yù)警閾值，如果在一定的時(shí)間內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)超過了警戒的范圍，那么就需要及時(shí)提醒到相關(guān)的操作人員進(jìn)行人工的干預(yù)，提醒的方式也可以是短信或者是呼叫中心等方式，確保能夠及時(shí)通知到位。

數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔和頻率可以根據(jù)需要來進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)不同時(shí)期可以采用不同的執(zhí)行計(jì)劃，更加科學(xué)有效的進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（3）異常預(yù)警模塊。在圓極化天饋的使用過程中，對(duì)于運(yùn)行數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期監(jiān)控是必不可少的，由于整套天饋系統(tǒng)是24h不間斷運(yùn)行的，為保持運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定，對(duì)于異常數(shù)據(jù)的預(yù)警就顯得非常重要。通過在本文軟件中設(shè)定重要數(shù)據(jù)的預(yù)警閾值，就可以對(duì)相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，另一方面，通過對(duì)接相應(yīng)的外部預(yù)警接口，就能做到一旦系統(tǒng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常產(chǎn)生，就可以立即通過呼叫中心、短信等各類方式通知到相關(guān)責(zé)任人，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行排除和修復(fù)，保證天饋系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.2 System architecture diagram

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集通過Apache Kettle來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過Kettle軟件設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和工作流，對(duì)圓極天饋開關(guān)板系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)的采集，對(duì)路測(cè)場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行定期的進(jìn)行抽取，抽取到的數(shù)據(jù)可以以更新/插入方式存儲(chǔ)的本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

Flask是Python語言實(shí)現(xiàn)的主流Web框架之一，F(xiàn)lask具有輕量級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也比較容易上手，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能豐富的Web后端，由于本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用前后端分離的結(jié)構(gòu)，因此需要關(guān)注的是數(shù)據(jù)庫(kù)和提供前端接口方面的組件，在ORM框架方面使用SQL Alchemy來操作MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，比較容易就可以和Flask進(jìn)行集成。另外由于還需要使用到相關(guān)的短信通知等功能，因此還要引入阿里云的aliyun-python-sdkcore等組件。

圖3 廣播電視信號(hào)頻譜分析儀Fig.3 Radio and television signal spectrum analyzer

可視化與數(shù)據(jù)分析模塊支持對(duì)采集到的各類圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和分析[4]，系統(tǒng)的前端大屏部分主要采用了Vue.js和Apache Echarts可視化技術(shù)來搭建，ECharts提供了多種類型的圖形，如柱狀圖、餅圖、折線圖等，可以比較直觀的將我們的天饋發(fā)射設(shè)備的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)出來，例如FWD、REFL、Return Loss和VSRW比值等參數(shù)，便于值守人員進(jìn)行運(yùn)維監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的異常從而及時(shí)調(diào)整。

場(chǎng)強(qiáng)覆蓋圖使用百度熱力圖來進(jìn)行集成展示，如圖4所示，百度熱力圖中設(shè)定經(jīng)緯度中心點(diǎn)和縮放的比例之后，可以將后臺(tái)的經(jīng)緯度以及場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)生成一個(gè)熱力圖圖層疊加在地圖原有圖層上，其中場(chǎng)強(qiáng)的大小則用藍(lán)色到紅色漸進(jìn)的顏色來進(jìn)行表示，可以展示城區(qū)內(nèi)各個(gè)位置的信號(hào)強(qiáng)度可視化情況。大屏下方的左側(cè)給出了不同的路測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)的強(qiáng)度的分布，利用折線圖+環(huán)圖進(jìn)行展示； 大屏下方的右側(cè)給出了不同日期的場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)的平均強(qiáng)度，利用柱狀圖結(jié)合餅圖進(jìn)行展示。

圖4 可視化大屏界面圖Fig.4 Visualize the large-screen interface diagram

系統(tǒng)的核心功能模塊主要包含采集模塊、可視化與數(shù)據(jù)分析模塊和異常預(yù)警模塊，設(shè)計(jì)定位為本中心現(xiàn)在運(yùn)行的圓極化天饋系統(tǒng)的支撐軟件，通過對(duì)圓極化天線技術(shù)的深入研究，定時(shí)從天饋切換開關(guān)板系統(tǒng)的輸出信號(hào)中采集輸出功率、反射功率、VSWR、回?fù)p數(shù)值等數(shù)據(jù)，存入到本文系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后再通過Vue+Flask技術(shù)搭建前后臺(tái)分離的數(shù)據(jù)分析與可視化Web系統(tǒng)，系統(tǒng)管理員可以直觀的查看天饋系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行情況，并且可對(duì)重要數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行異常預(yù)警閾值和規(guī)則設(shè)定，如果觸發(fā)了相應(yīng)的預(yù)警規(guī)則則通過相應(yīng)方式通知到運(yùn)維人員。本文系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖2所示。

4 小結(jié)

本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要分為兩個(gè)部分：第一部分是CMR功率數(shù)據(jù)，目前在用的圓極化天饋系統(tǒng)分為上下半付天線，因此需要采集每路的輸出的正向和反射功率，同時(shí)對(duì)VSWR和回?fù)p數(shù)值等參數(shù)也需要進(jìn)行歸集；第二部分是對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試，這部分的數(shù)據(jù)主要采取定期路測(cè)的方式來進(jìn)行獲取，測(cè)試的設(shè)備為S7000系列廣播電視信號(hào)頻譜分析儀，該設(shè)備可以進(jìn)行經(jīng)度、緯度、信號(hào)強(qiáng)度（dB）的檢測(cè)，檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)表格的方式導(dǎo)入到系統(tǒng)中[3]。根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)地點(diǎn)的經(jīng)緯度和信號(hào)強(qiáng)度，如表1所示，通過百度地圖的SDK生成了如圖1所示的場(chǎng)強(qiáng)熱力圖。

數(shù)據(jù)的可視化部分主要是對(duì)獲取到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化展示，可以通過各種ECharts提供的圖表對(duì)天饋系統(tǒng)輸出功率、反射功率、VSWR和回?fù)p數(shù)值等數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形可視化建模，對(duì)路測(cè)獲得的經(jīng)緯度、場(chǎng)強(qiáng)等數(shù)據(jù)可以通過熱力圖的方式來進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。

最終，這就是“數(shù)碼攝影”，它以有趣而獨(dú)特的方式綜合、分析宇宙的各個(gè)方面，而非起步于神話般的完整性，再把事物凍結(jié)在二維的矩形里——正如盲人摸象時(shí)感到的困惑。[1]194

引用

[1]趙東賀,韓國(guó)棟,劉桂鳳.一種全向圓極化天線設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2022,30(8):224-229+235.

[2]呂江,胡濤,陶思思,等.基于大數(shù)據(jù)智能分析的可視化技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2022,12(7):106-107+132.

潛水軸流泵和傳統(tǒng)水泵相比，輔助設(shè)備少，能大大減少故障出現(xiàn)概率，提高設(shè)備可靠性；操作程序也相對(duì)簡(jiǎn)單，有利于提高設(shè)備自動(dòng)化程度；同時(shí)由于潛水軸流泵散熱效果好，也有效延長(zhǎng)了泵機(jī)組的使用壽命。

[3]湯曉云,王震,丁卓富,等.一種磁耦合激勵(lì)的圓極化濾波天線[J/OL].電訊技術(shù):1-5[2022-09-11].

3.1 教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化 學(xué)生筆記的內(nèi)容來自于教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的詮釋。因此，教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的加工與呈現(xiàn)能優(yōu)化學(xué)生筆記的結(jié)構(gòu)，決定著學(xué)生筆記的效果。教師須具有對(duì)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化處理的意識(shí)與能力。

[4]靳紫月.面向縣級(jí)融媒體大屏的信息可視化研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2021.